Niekto to rád studené

Jednou zo stavových veličín, čiže veličín kvality, v termodynamike je entropia. Je to fyzikálna veličina, ktorá meria neusporiadanosť systému. Podľa jedného zo základných zákonov termodynamiky entropia uzavretého systému sa buď nemení, alebo rastie.

Entropia je slovo pochádzajúce z gréckeho slova označujúceho zmenu formy. Pojem entropia zaviedol v roku 1865 nemecký fyzik Rudolf Clausius (1822 – 1888): Energia sveta, uzavretého systému, sa nemení, je konštantná, entropia smeruje k maximálnej hodnote. Inými slovami – entropia môže pri samovoľných zmenách izolovaných systémov len zostať bez zmien, alebo rásť. V termodynamike entropia opisuje degradáciu tepla, ku ktorej dochádza pri nezvratných zmenách. Horúci čaj vychladne len na teplotu svojho okolia, pretože pôvodne nízka entropia daná veľkým rozdielom teplôt sa prirodzene zvýši a teploty sa vyrovnajú. Entropiu sa nedá nijakým spôsobom obísť a túžba po chladených nápojoch je krásnym príkladom vysporiadania sa s týmto prírodným javom.

Samochladiaci sud

Piť chladené nápoje všetkého druhu bez ohľadu na ročné obdobie sa stalo už aj v našich končinách bežným. Móda veľmi chladených nápojov sa však naplno presadila až s príchodom syntetických limonád, ktoré sa teplé v podstate nedajú poriadne a s chuťou piť. Ich trhový úspech išiel ruka v ruke so zdokonaľovaním chladiarenských zariadení. Kto nemá dobre vychladenú pivnicu alebo vedľa domu horskú bystrinu, musí sa spoľahnúť na techniku.
Zaujímavý a inovatívny spôsob chladenia predstavuje samochladiaci pivný súdok. Jeho počiatky siahajú do 80. rokov minulého storočia, keď Peter Maier-Laxhuber vo svojej dizertačnej práci popísal princíp sorpčných tepelných čerpadiel a sorpčného skladovania s využitím zeolitov. Aj v tomto prípade ide o zmenu entropie. K tej dochádza odparovaním vody. Pri zmene skupenstva z kvapalného na plynné sa zvyšuje entropia systému a energia vo forme tepla, ktorá je na to potrebná, sa odoberá z uskladneného nápoja. Tým teplota nápoja klesá.

Smädné zeolity

Samochladiaci súdok je konštruovaný tak, že vnútro suda, v ktorom je nápoj, je obklopený nasiakavou vrstvou, napríklad vatou napustenou vodou. Okolo tejto časti je ďalšia vrstva, ktorá obsahuje zeolit alebo iné molekulárne sito.
Zeolity sú kryštalické hlinitokremičitany, ktoré adsorbujú vodu v množstve zodpovedajúcom až 40 % suchej hmotnosti látky. Pri zvýšení teploty môžu túto vodu opäť uvoľniť. Je to dané ich štruktúrou pripomínajúcou akési lešenie zo štvorstenov, ktorých stavebnými kameňmi sú radikály (AlO₄)⁵⁻ a (SiO₄)⁴⁻. Atómy hliníka a kremíka sú medzi sebou spojené atómami kyslíka, vďaka čomu má zeolit mnoho pravidelne usporiadaných pórov, v ktorých sa zachytáva voda.
Zeolitov je mnoho druhov, vyskytujú sa nielen v prírode, ale je možné ich aj priemyselne vyrobiť. Pri adsorpcii a opätovnom uvoľňovaní vody sa chemické zloženie zeolitu nemení.
Pri chladení suda sa využívajú práve schopnosti zeolitu, ktorý absorbuje vodu. Proces samochladenia sa začína jednoduchým odblokovaním páčky na veku suda, a tak sa prepoja komory s vodou a drveným zeolitom. Ten začne absorbovať vodnú paru a vzniknuté teplo odvádza von.

Pokračovanie článku si môžete prečítať v časopise Quark 2/2020. Ak chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov, prihláste sa. Ak ešte nie ste naším predplatiteľom, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.

BP, foto Pixabay, Fotky&Foto

Komentáre